2.3 Предварительный расчёт балластной системы на осушение

2.3.1 Выбор расчётной магистрали при работе на осушение балласта

Принцип выбора и составления расчётной магистрали полностью аналогичен осушительной магистрали.

Схема расчётной магистрали составляется для случая осушения балласта.

В качестве расчетной магистрали выбирается совокупность трубопроводов‚ путь воды по которым наиболее энергоёмок. В качестве такой магистрали выбираем трубопровод начинающийся у приемного раструба, расположенного в районе 53 шп. левого борта и заканчивается отливным отверстием, расположенным в МО на левом борту в районе 119 шп. Расчетная магистраль разбивается на участки в пределах которых предполагается постоянство диаметров труб.

Схема расчетной магистрали показана на рисунке 2.1. На схеме отмечены участки 1-2‚ 2-3‚ 3-4‚ в пределах которых предполагается постоянство внутренних диаметров трубопроводов.

Участок 1-2: от приёмников цистерны, расположенных в районе 53 шп. до магистрали, которая проходит вдоль ДП в районе 108 шп.

Длина участка определяется по плану трюма:

м.

Участок 2-3: от отростка до насоса.

Длину определяем по плану МО.

,

Участок 3-4: трубопровод от насоса до бортового отливного отверстия.

Длину определяем по плану МО с учётом вертикального участка:

В качестве балластного насоса принят насос марки НЦВС–40/20М, с подачей 40 м³/ч и напором 25 м.вод.ст., такой же ,как и в осушительной системе. Характеристики насоса приведены в таблице 1.3.2.

Трубопроводы выбраны следующих диаметров:

Для магистрали , мм, мм;

Для отростков , мм, мм;

Для отливного трубопровода , мм, мм.

В качестве расчетной магистрали принят трубопровод, ведущий от приёмника в носовой балластной цистерне на 53-ем шпангоуте левого борта до отливного отверстия на 119-ом шпангоуте правого борта.

Расчётная магистраль балластной системы на осушение, характеристики каждого участка: местные сопротивления, диаметры и длины приведены на рис. 2.1 рядом с каждым участком. Там же указаны геометрические высоты каждого участка.

Расчёт балластной системы на осушение приведён в таблице 2.2.

2.3.2. Проверка допустимой высоты всасывания

Производим проверку обеспечения допустимой высоты всасывания при принятых диаметрах трубопроводов всасывающих участков.

Для работы системы с заданной производительностью м³/ч требуется, чтобы требуемая высота всасывания была меньше допустимой высоты всасывания насоса м.

В связи с тем, что в расчете не учитываются все факторы, предполагаемая ошибка может составить примерно 5 %, т.о. в качестве принимается значение 5.7 м.

Предварительный расчет произвожу в верхней части таблицы 2.2.

В результате проведенного расчета получено, что требуемая высота всасывания 9,1 м, что превышает 5.7 м, т.о. требуется увеличить диаметры до 81 мм. В такой конфигурации системы принятые диаметры трубопроводов обеспечивают работоспособность всасывающей части системы.

2.4 Гидравлические расчёты балластной системы

2.4.1 Расчет системы на осушение. Согласование характеристик насоса и системы

Расчёт производится для случая «окончания» осушения, как наиболее энергоёмкого.

Кроме требований к высоте всасывания для нормальной работы насоса необходимо, чтобы его рабочая точка по производительности (определяемая пересечением характеристик системы и) находилась в пределах рабочей части диаграммы характеристик насоса, а также чтобы эта точка была смещена влево от точки пересечения характеристики прямой.

Для определения начального положения характеристики системы производим промежуточный расчет в табл. 2.2 при трех значениях подачи насосам³/ч, м³/ч, м³/ч. Результат расчета – кривая нанесен на диаграмму характеристик насоса (рис. 2.2).

Результаты расчёта (из графика на рис. 2.2) – характеристика системы пересекается с характеристикой насоса слева от точки пересечения характеристикии прямой.

Для согласования системы и насоса на участке 3-4 устанавливаем дополнительное сопротивление такой величины, чтобы рабочая точка находилась в пределах рабочей части, а характеристика Н_вс пересекалась с справа от рабочей точки.

Величину требуемого повышения определяем при рабочей производительности насоса м³/ч.

По графику определяем величину дополнительной потери напора в системе = 6,6м для совместной работы насоса и системы с расходом м³/ч.

Дополнительное сопротивление в нагнетательной части находим по формуле:

,

где м/с - расчетная скорость в отливном трубопроводе прим³/ч.

В качестве дополнительного сопротивления на участке 3-4 выбираю регулирующий клапан.

Произвожу окончательный расчет работы системы с установленным дополнительным сопротивлением в нижней части таблицы 2.2.

В результате построения искомой кривой получены следующие расчетные параметры работы системы для режима конца осушения:

3. Производительность м³/ч;

4. Напор м.вод.ст.

2. Скорость м/с;

3. Мощность, потребляемая насосом кВт;

1. Коэффициент полезного действия %.

В таблице рассчитаны случаи для наиболее энергоемкого режима – окончание осушения балласта. Режим «начало осушения» балласта не рассчитывается, а соответствующая характеристика получается путем эквидистантного сдвижения кривойдля случая «окончание осушения» вертикально вниз на расстояние равное высоте воды над приемником в балластной цистерне, т.е. на 1,8 м.

2. Из графика на рис. 2.2 видно, что характеристика для режима «начало осушения» и «конец осушения» не выходит за пределы рабочей зоны насоса. Т.о. насос и система при работе на осушение балласта согласованы.

2. Расчёт системы на заполнение. Согласование характеристик насоса и системы.

Схема расчетной магистрали при работе на заполнение приведена на рис 2.3. Расчетная магистраль разбита на следующие участки:

1-2 – от выходного патрубка насоса до точки присоединения наполнительной перемычки к балластной магистрали;

2-3 –балластная магистраль от точки присоединения балластной перемычки до ее соединения с дополнительным отростком, ведущим в балластную цистерну;

3-4 – отросток, ведущий от магистрали до раструба в балластной цистерне.

Путь воды по такой магистрали является наиболее энергоемким. Участок от кингстонной перемычки до входного патрубка насоса ввиду небольшой длины и малости гидродинамического сопротивления в расчете не учитывается.

Диаметр обводной перемычки выбирается равным диаметру магистрали, т.е. .

Гидродинамический расчет для данного случая проводится в таблице 2.3. Предварительный расчет не проводится. Результат согласования показан на рис.2.4. Этот результат получен для режима окончания заполнения. Режим «начало заполнения» не рассчитывается, а соответствующая кривая получается путем эквидистанциальной сдвижки кривойдля режима «окончания заполнения» вертикально вниз на величину, равную высоте уровня жидкости над наполняемым отростком в балластной цистерне, т.е. на 1,8 м.

По графику определяем величину дополнительной потери напора в системе =10,8 м для совместной работы насоса и системы с расходом м³/ч.

Дополнительное сопротивление в нагнетательной части находим по формуле:

,

где м/с - расчетная скорость в нагнетательном трубопроводе прим³/ч.

В качестве дополнительного сопротивления на участке 3-4 выбираю дроссельную шайбу.

Произвожу окончательный расчет работы системы с установленным дополнительным сопротивлением в нижней части таблицы 2.3.

Насос и система согласованы.

Ввиду того, что гидравлические характеристики участка 1-2 не менялись, расчет производится для участка 2-4, потери на котором суммируются с ранее найденными потерями для участка 1-2.

В результате построения искомой кривой получены следующие расчетные параметры работы системы для режима конца заполнения:

5. Производительность м³/ч;

6. Напор м.вод.ст.,

3. Скорость м/с,

4. Мощность, потребляемая насосом кВт;

3. Коэффициент полезного действия %.

4. Определение времени осушения и заполнения цистерн балластом

Средняя производительность насоса найдена, как среднее арифметическое расхода в начале осушения и в конце осушения.

Время осушения всех балластных цистерн:

ч

Время осушения наибольшей балластной цистерны: ч

Время заполнения всех балластных цистерн:

ч

Время заполнения наибольшей балластной цистерны: мин.

Это удовлетворяет времени операций с балластом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения курсового проекта по дисциплине «Основы конструирования судовых систем» были спроектированы системы: осушения, балластная и нефтесодержащих вод, расчет которых приведен в пояснительной записке к данной курсовой работе.

Было достигнуто удовлетворение всем пунктам задания и соответствие решений и параметров системы основным требованиям "Правил" и РД 5.5270-85, а также Правилам международной конвенции по предупреждению загрязнения морей с судов нефтью.

Режимы работы насосов осушительной и балластной систем не выходят за границы нормальной эксплуатации. Скорость воды в трубопроводах не превышает регламентированных пределов.

В качестве балластного и осушительного используются насосы марки НЦВС–40/20М, насос нефтесодержащих вод – марки ЭВН 3/5.

Таблица 2.2Гидравлические расчеты балластной системы при работе на осушение («окончание»)